冠心病痰濁證病人代謝組學通路分析

陳 浩，梁 盼，任 維，楊思進

代謝組學是繼基因組學和蛋白質組學之后一種新的組學方法[1-2]，代謝組學測定的物質主要是生物體代謝產物，多為一些參與生物體新陳代謝、維持生命活動正常功能和生長發育的小分子化合物。目前，代謝組學技術平臺主要有核磁共振(NMR)技術、質譜(MS)及其聯用技術如氣相色譜-質譜聯用技術(GC-MS)、液相色譜-質譜聯用技術(LC-MS)等[3]。易敏等[4]運用1H-NMR技術、具星等[5]運用LC-MS技術、王廣基等[6]運用氣相色譜-飛行時間質譜(GC-TOF/MS)技術檢測該證型的代謝差異物，這些代謝物質的異常變化提示病人體內可能存在脂質、氨基酸、維生素、嘌呤等多種代謝途徑紊亂。但是，鑒于各個課題使用的代謝組學技術平臺不盡相同，所鑒定的代謝產物也存在差異，且大多研究并未進行代謝產物的代謝通路分析。本研究匯總各研究的代謝產物，并進行代謝通路分析，從分子水平解釋冠心病痰濁證可能存在的發病機制。

1 資料與方法

1.1 文獻檢索 檢索PubMed、EMbase、Web of Science、中國生物醫學文獻數據庫(SinoMed)、中國知網、萬方、維普數據庫自建庫至2021年11月1日收錄的冠心病痰濁證病人血漿代謝組學研究。

1.2 納入標準 ①文獻的形式包括期刊、碩博學位論文、會議論文及會議摘要；②文獻包含完整的代謝組學方法、結果、結論信息；③研究類型為冠心病痰濁證血漿代謝組學研究。

1.3 排除標準 ①重復文獻；②綜述；③病案或病例報道；④中醫理論探討；⑤其他疾病，⑥非冠心病痰濁證血漿代謝組學研究；⑦方法、結果、結論信息不完整或實驗方案設計不科學、不合理的文獻。

1.4 代謝組學中代謝產物的確定 統計代謝產物，重復者只統計1次。研究中未確定的產物暫不收錄。使用metPA網站(metpa.Metabolomics.ca/)對代謝產物名稱注釋進行轉換，對未能識別的代謝產物使用人類代謝組數據庫(http：//www.hmdb.ca/)、PubChem數據庫、京都基因和基因組百科全書(KEGG，http：//www.genome.jp)進行手工逐一檢索確認。

1.5 冠心病痰濁證代謝通路分析 使用HMDB數據庫對潛在診斷標志物進行匹配、注釋，KEGG分析信號通路，metPA網絡軟件對代謝通路進行可視化分析。

2 結 果

2.1 文獻檢索結果及納入文獻代謝組學方法 共檢索到文獻294篇，其中PubMed 5篇、EMbase 0篇、Web of Science 6篇、SinoMed 14篇、中國知網57篇、萬方146篇、維普66篇。剔除重復和數據相同的文獻，最終納入5項研究[4-8]。文獻檢索流程圖見圖1，納入文獻使用代謝組學方法及潛在診斷標志物見表1。

圖1 文獻篩選流程圖

表1 納入文獻使用代謝組學方法及潛在診斷標志物

2.2 代謝組產物通路檢索匹配情況 獲取代謝產物69種，代謝產物基本情況見表2。

2.3 代謝產物路徑分析 MetPA分析顯示，69個代謝產物主要參與了45條代謝路徑(見表 3、圖2)。經拓撲分析計算影響值后，有24條(P<0.05)代謝通路可能作為冠心病痰濁證的代謝通路。部分代謝通路結構圖見圖3～圖7。

表3 代謝通路分析

圖2 通路分析概要圖

圖3 Aminoacyl-tRNA biosynthesis代謝通路的結構圖

圖4 Biosynthesis of unsaturated fatty acids代謝通路的結構圖

圖5 Purine metabolism代謝通路的結構圖

圖6 Valine，leucine and isoleucine biosynthesis代謝通路的結構圖

圖7 Valine，leucine and isoleucine degradation代謝通路的結構圖

3 討 論

代謝組學是繼基因組學、轉錄組學和蛋白質組學后又一重要組學方法，在尋找病證的生物學基礎、特異性代謝產物及確定中醫證候相關代謝譜方面具有重要作用[9]。在疾病代謝通路研究中的經典研究思路是確定某一病癥，通過非靶向代謝組學發現代謝差異物，匹配代謝通路，確立一條或幾條顯著差異的代謝通路并進行驗證，同時在顯著差異的代謝通路中尋找潛在治療靶點[10]，借助此方法不僅可以深入研究冠心病的發生機制，更能為冠心病治療藥物的開發提供有力手段[11]。

冠心病診斷的生物標志物范圍廣，涉及磷脂代謝、能量代謝、脂肪酸分解、腸道微生物代謝物等[12]，且在中醫不同證型中生物標志物和代謝通路也存在差異。在氨酰-tRNA生物合成這一代謝通路中，組氨酸(C00135)、苯丙氨酸(C00079)、精氨酸(C00062)、谷氨酰胺(C00064)、甘氨酸(C00037)、天冬氨酸(C00049)、纈氨酸(C00183)、丙氨酸(C00041)、異亮氨酸(C00407)、亮氨酸(C00123)、酪氨酸(C00082)、脯氨酸(C00148)、谷氨酸(C00025)13種上調物質參與其中。組氨酸在組氨酸脫羧酶的催化下生成組胺，過多的組胺可導致冠狀動脈收縮，使冠狀動脈血流減少，加重心肌缺血，其釋放水平與心肌缺血程度呈正相關[13]。苯丙氨酸經苯丙氨酸羥化酶催化生成酪氨酸，酪氨酸可通過刺激腦內兒茶酚胺的合成而降低血壓[14]。一氧化氮(NO)為內皮血管擴張劑，對心血管有保護作用，但NO與超氧化物生成量的增加會誘導脂質過氧化，影響細胞成分并加速動脈粥樣硬化的形成[15]。谷氨酰胺可通過促進M2巨噬細胞的極化、抑制NO過量引起的硝化應激、阻斷活性氧誘導的氧化應激損傷等方式抑制動脈粥樣硬化性疾病的發生和發展[16]。精氨酸、谷氨酸、組氨酸、甘氨酸亦可調節NO濃度，從而改善動脈的僵硬程度，調節中央動脈血壓[15]。研究顯示，血漿纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸水平與動脈粥樣硬化性疾病也呈正相關[17]。丙氨酸升高使無氧代謝增強，造成ATP合成減少；但谷氨酰胺可通過谷氨酰胺異化轉化為糖，為機體提供能量，氨酰-tRNA生物合成通路中上述物質的水平上調，促進了冠狀動脈粥樣硬化的發生發展[18-19]。

在不飽和脂肪酸的生物合成代謝路徑中參與的上調物質有棕櫚酸(C00249)、油酸(C00712)、花生四烯酸(C00219)、二十二碳六烯酸(C06429)、α-亞麻酸(C06427)。亞油酸代謝后產生花生四烯酸，花生四烯酸能夠刺激血管壁生成具有誘導炎癥、收縮血管、促進冠心病發展的前列環素(PGI2)和血栓素A2(TXA2)[20-21]。α-亞麻酸可進一步代謝為二十二碳六烯酸，二者對動脈粥樣硬化有保護作用[22]。血清棕櫚酸-油酸比率可能是冠心病風險評估和預測的新因素[23]。

在嘌呤代謝途徑中，谷氨酰胺(C00064)、肌苷(C00294)、脫氧腺苷(C00559)、次黃嘌呤(C00262)、尿酸(C00366)上調參與其中。在心臟缺血開始時ATP迅速耗盡[24]，導致ATP分解代謝副產物的細胞積累，并依次將 AMP 分解代謝為腺苷、肌苷、次黃嘌呤、黃嘌呤和尿酸，提示冠心病痰濁證可能伴隨著心臟缺血的病理變化[25]。

在纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的合成與降解途徑中，異亮氨酸(C00407)、亮氨酸(C00123)、纈氨酸(C00183)上調參與其中。在心肌受損的情況下，ATP合成減少，心肌耗氧量增加。纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸均可轉化成糖和脂質，為機體提供能量[17]。

此外，冠心病痰濁證還涉及多個代謝過程，說明冠心病痰濁證代謝變化是一個多因素、多層次的復雜變化過程。本研究通過匯總冠心病痰濁證代謝產物并進行獨特通路分析，代謝產物參與多條途徑，揭示了冠心病痰濁證潛在的生物學基礎，提示其發病的復雜病理過程，為尋找潛在的治療靶點提供了依據。